Квазиуравновешенный мост для измерения отношения составляющих комплексной величины Советский патент 1979 года по МПК G01R17/10 

BOM погрешности статиэма звена с изменяемым коэффициентом передачи, регулировка которого производится изме нением эквивалентного сопротивления цепи отрицательной обратной связи, вследствие чего в больших пределах изменяется ее глубина. Другим недостатком устройства является невозможность измерения в режиме заданного тока или напряжения, что существенно при определении пара метров нелинейных элементов {например, индуктивностей), поскольку сост яние кназиравновесия достигается путем изменения наАряжения и тока в ве ви измеряемой величины. С целью повышения точности измере ния в предлагаемый квазиуравновешенный мост для измерения отношения составляющих комплексной величины, содержащий источник питания, звено с ре1 улируемым коэффициентом передачи, формирователь измерительного сигнала подключенный к источнику питания, фо мирователь образцового сигнала, вклю ченный между источником питания и блоком суммирования, и индикатор равновесия, соединенный с блоком сум1 шрования и со звеном с регулируемым коэффициентом передачи, введен второй формирователь образцового сигнала, включенный между блоком суммирования и звеном с регулируеглам коэффициентом передачи и источником питания, при этом выход формирователя измерительного сигнала соединен с нульиндикатором, звено с регулируемым коэффициентом передачи выполнено в виде вспомогательного моста, образованного, двумя плечевыми обмотками трансформатора: напряжения, двумя образцовыми источниками постоянного напряжения, образцовым резистором и полевым транзистором и усилителем с образцовым резистором в цепи обратной связи, причем вход усилителя подключен к измерительной диагонали вспомогательного моста, а его выход - к измерителю напряжения, а формирователи образцового и измерительного сигналов выполнены в виде усилителя с обратной связью. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого квазиуравновешенного моста; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений в момент кваэиравновесия моста; на фиг. 3 - возможный вариант выполнения моста для измерения отнсхыения составляющих () емкостного.сопротивления при последовательной схеме замещения. Квазиуравновешенный мост содержит источник питания 1 переменного тока, питаемые от него две ветви: ветвь измеряемой величины, состоящую из формирователя 2 измерительного сигнала, и ветвь образцовой величины, состоящую, из формирователя 3 одной из квадратурных составляющих образцовогс

m g трансформатоных обмоток т , т

ра 8, первичная обмотка т которого подключена к источнику питания 1 (точками обозначены начала упомянутых обсигнала, звена 4 с регулируелфлм и измеряемым коэффициентом передачи, формирователя 5 другой квадратурной составляющей образцового сигнала и узла алгебраического суммирования 6, и индикатор квазиравновесия 7, выход которого соединен с управляющим входом звена 4. На векторной диаграмме фиг. 2 приняты следующие обозначения: g - переменное входное напряжение;- измерительный сигнал; jRoUco - квадратурные составляющие образцового сигнала; %. УГОЛ диэлектрических потерь измеряемой комплексной величины. Переменное входное напряжение от источника питания 1 подается на ветвь измеряемой Z и ветвь образцовой величины. Измерительный сигнал с выхода формирователя 2 поступает на один вход индикатора 7, ана его другой вход - образцовый сигнал, сфоЕНИированный с помощью узла алгебраического суммирования 6 и представляющий собой разность сигналов с выходов формирователей 3 и 5. Процесс уравновешивания моста осуществляется путем изменения коэффициента передачи звена 4 ветви образцовой величины по сигналу на выходе индикатора 7 до установления состояния квазиравновесия. Состояние квазиравновесия характеризуется квс1дратурой векторов измерительного, сигнала Ох формирователя 2 и сигнала UQ, образованного разностью вектрров обеих квадратурных составляющих UR, Ос образцового сигнала формирователей°3 и 5 (фиг.. 2) , фиксируется с помощью индикатора равновесия (например, квадратурного фазочувствительного детектора). В возможном варианте выполнения моста (фиг. 3) для случая емкостного характера измеряемой комплексной величины, представленной последовательной схемой замещения, напряжение питания ветвей моста снимается со вторич50 моток). В качестве формирователя 2 измерительного сигнала используется усилитель 9 с высоким коэффициентом усиления с образцовым активным сопротивлением 10 (R) на входе и йзмеpяe JЫM емкостным сопротивлением 11 (г в цепи отрицательной обратной связи. В качестве формирователя 3 одной квадратурной составляющей образцового сигнала используется усилитель 12с высоким коэффициентом усиления с образцовым активным сопротивлением 13(Rg) на входе и образцовым активным сопротивлением 14 (Rg) в цепи отрицательной обратной связи, а в качестве формирователя 5 другой квадратурной составляющей - усилитель 15 с 56 высоким коэффициентом усиления с образцовым активным сопротивлением 16 (Rj) на входе и образцовым конденсатором 17 (Со) в цепи отрицательной обратной связи . Звено с регулируемым и измеряемым коэффициентами передачи содержит широкополосный усилитель 18 постоянног Тока с глубокой параллельной отрицательной обратной связью, осуществляемой через резистор 19 с проводимостью g , вспомогательный четырехплечий индуктивный мост, образованный двумя вторичными обмотками т трансформатора 8, имеющими равное количество витков, резистором 20 с проводимостью g- I двумя образцовыми источниками 21 постоянного напряжения с равными электродвижущими силами Е и полевым транзистором 22 с про водимостью р-„, и измеритель 23 напря видимостью , и измеритель 23 напря жения. Измерительная диагональ вспомогательного моста подключена ко вхо ду усилителя 18, на выходе которого включен измеритель 23. Проводимость §2 резистора 20 выбирается равной проводимости канала открытого полевого транзистора 22, поэтому, когда выходное напряжение U индикатора 7 равно нулю, вспомогательный индуктивный мост оказывается уравновешенным. В результате переменная и посто янная составляющие Ug, и и выходного напряжения ,, и, следовательно, соответствующие коэффициенты пер дачи звена 4 оказываются равными нул При увеличении напряжения U, вспомогательный мост выходит из состояния равновесия, переменная и постоянная составляющие выходного напряжения и коэффициенты передачи также увеличиваются . Так как усилитель 18 охвачен глубокой отрицательной обратной связью, то переменные составляющие выходного тока 1 вспомогательного моста и ток цепи обратной связи Ij усилителя мож но считать равными, поэтому SzS-r - и„ -гг Проводимости g , «2 2т переменном и постоянном токах практически равны, так как проходная емкость исток-сток реальных палевых транзисто ров весьма мала и составляет 0,1-0,2п а стандартная рабочая частота для мос тов переменного тока равна 1 кГц. Сле довательно, коэффициент передачи звена 4 равен ,, Dot л. К - т - и rs L. V V nipt p,. Таким образом, в качестве измерит ля 23 коэффициента К передачи может быть исполызован отсчетный вольтметр постоянного тока. В П1)оцессе ра.оты квазиуравновеше ного моста выхолное напряжение J ин икатора равновесия 7,воздействуя на роводимость канала полевого транзисора, изменяет значение коэффициента передачи звена 4 до достижения сотояния квазиравновесия, которое хаактеризуется квадратурой векторов апряжений 0 и Од (фиг. 2). Из векторной диаграммы следует, то при квазиравновесии моста Учитывая, 41© напряжение питания а ветвь образцовой величины подаетя со вторичных обмоток т и m 2 рансформатора 8, выражение (2) можно ривести к виду OJCoR U, или сучетом выражения (1) Таким образом, измеряемое отношение составляющих емкостного сопротивления пропорционально коэффициенту К передачи звеяа 4 и его отсчет производится по значению коэффициента передачи, который, в свою очередь, измеряется по показаниям U gbixr отсчетного вольтметра постоянного тока, например, цифрового вольтметра. Регулировка пределов измерения осуществляется изменением образцовых элементов и числа витков соответствующих обмоток. Предлагаем 1й мост может быть использован дпя измерения отношения составляющих комплексной величины емкостного характера, представленной по парал1гельной схеме замещения, при этом формироватепь 2 измерительного сигнала представляет собой непосредственно измеряемую комплексную величину Zy, а формирователи 3 и 5 квадратурных составляющих образцового сигнала-образцовые активное сопротивление RO и конденсатор С, соответственно. Повышение точности измерения обусловлено тем, что отсчет измеряемого параметра по значению коэффициента К передачи звена 4 позволяет исключить влияние переменного напряжения питания моста на результат измерения; измерение коэффициента К передачи звена 4, пропорционального tgd, производится на постоянном токе; погрешность статизма усилителя 18 звена 4 стабильна и одинакова на переменном и постоянном токах, что обеспечивается стабильностью глубины отрицательной o6paTtiofi связи данного усилителя, причем стабильность глубины отрицательной обратной связи усилителя звена 4 определя.ется тем ITO регулиров6ка его коэффициента передачи произво дится изменением эквивалентного сопротивления не в цепи обратной связи усилителя, а на его входе. Введение звена 4 с регулируег алм и измеряемым коэффициентами передачи не в ветвь измеряемой комплексной величины, а в ветвь образцовой величины позволяет производить измерения в режиме, заданного значения тока или напряжения. При замене образцового конд енсатора 17 индуктивностью и введении звена с регулируемом и измеряег ым коэффициентами передачи в ветвь образцового активного сопротивления 14 предлагае1 «лй мост может быть использован и для измерения добротности индуктивного комплексного сопротивле ния. Формула изобретения 1. Квазиуравновешенный мост для измерения отношения составляющих комплексной величины, содержащий источник питания, звено с peгyлиpye йi м коэффициентом передачи, формирователь измерительного сигнала, подключенный к источнику питания, формирователь образцового сигнала, включенный между источником питания и блоком суммирования, и индикатор равновесия, соединенный с блоком суммирования и со звеном с регулируемым коэффициентом передачи, о т л и а ю щ и, и с я тем, что с целью по- 35 №

Т

V вглиения точности, в него введен второй формирователь образцового сигнала, включенный между блоком суммирования и звеном с регулируеквлм коэффициентом передачи и источником питания, при этом выход формирователя измерительного сигнала соединен с нульиндикатором. 2.Квазиуравновиаенный мост для измерения отношения составляющих комплексной величины по п. 1, отличающийся тем, что звено с регулируекым коэффициентом передачи выполнено в виде вспомогательного моста, образованного двумя плечевыми обмоткёми трансформатора напряжения, двумя образцовыми источниками постоянного напряжения, образцовым резистором и полевым транзистором, и усилителем с образцовым резистором в цепи обратной связи, причем вход усилителя подключен к измерительной диагонали вспомогательного моста, а его выход.- к измерителю напряжения. 3.Квазиуравновешенный мост для измерения отношения составляющих комплексной величины по п. 1, о т личающийся тем, что формирователи образцового и измерительного сигналов выполнены fi виде усилителя с обратной связью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 304510, кл. G 01 R 17/10,26 .09 .€9. 2.Авторское свидетельство. СССР 367388, кл. G 01 R 17/14, 22.01.71.